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快速普及的便携移动终端和爆炸式增长的移动终端应用推动了移动无线网络的飞速发展。作为未来移动通信最有潜力的网络类型之一,移动自组织网络(MANETs)可以在无基础设施的场景下利用移动终端进行通信,从而在一定程度上缓解传统蜂窝移动网络在覆盖和传输容量上的压力。MANETs容量和延迟的渐近性性能是衡量MANETs可扩展性的一个关键问题,近十年来得到了大量的关注和研究。大规模MANETs的渐近性性能分析对于指导网络设计、提高网络传输效率以及增强网络业务保障能力具有重要的理论和实际参考价值。本文将以位置流行度和内容流行度为分析主线,对MANETs不同传输场景的特征进行建模,并给出不同网络模型和不同调度策略下的渐近性性能闭式解,进而分析两种因素对大规模MANETs渐近性性能的影响。本文的主要研究内容包括: 非均匀位置流行度场景下的移动单播渐近性性能分析。本文从实际场景的节点移动特征出发,首次在大规模MANETs渐近性性能的分析中引入了位置流行度的概念,分析了节点移动与位置流行度的关系,提出了基于位置流行度的网格分区模型。基于该模型,本文先采用传统的两跳中继路由策略进行数据包的单播传输。然后发现传统的两跳中继路由策略并不适用于该网络,这主要是因为高流行度网格的传输机会没有被充分利用。根据这个发现,本文进而提出了一个改进的三跳中继路由策略,其核心思想是:在高流行度格子里进行广播使得数据的中继节点数量增加,从而更好地利用高流行度格子的节点资源,提高传输效率。通过对两种策略的渐近性性能进行比较,本文给出了三跳策略相对于两跳策略性能提升的直观解释,并讨论了位置流行度参数对移动单播渐近性性能的影响。 非均匀位置流行度场景下的移动多播渐近性性能分析。在非均匀位置流行度的移动多播场景下,一些流行度较高的位置可能存在多个源目节点对或者中继-目的节点对,如何调度高流行度位置中的各种传输和不同位置之间的各种传输,设计有效的多播传输策略,是一个较大的难题。本文在两种传输模式下,即无传输冗余和有传输冗余,分别设计了相应的路由策略并分析了节点容量和传输延迟。在每种传输模式下,本文先采用传统的两跳中继路由策略进行数据包的多播传输,然后针对传统传输策略的不足,利用该场景的节点分布特点设计更优的三跳多播传输策略。 基于内容流行度的内容分发的渐近性性能分析。本文从实际场景的节点需求特征出发,在大规模MANETs渐近性性能的分析中引入了内容流行度的概念,允许内容流行度服从任意分布,并建模了内容流行度与内容传输方式的关系。该模型可以清晰地描述内容与节点的关系,内容传输基于内容的标识,而非移动节点的位置。本文首次考虑了内容复制传输的资源消耗问题,并在此基础上提出了一类包含内容复制和内容获取两种传输的调度策略。通过分析这类策略的最优性能和影响最优性能的关键参数,提出了逼近最优性能的调度策略。研究结果发现:当内容复制传输存在资源消耗且缓存空间可扩展时,最优内容复制数量是一个基于阈值的结构。 本文的渐近性性能研究可以反映MANETs的渐近性性能随位置流行度和内容流行度的变化规律,同时对不同应用场景的网络布局和路由设计也可以提供一定的理论指导。